580
9.2 Equipo para secado
Algunos materiales biológicos y productos farmacéuticos que no pueden calentarse para secarse de la manera ordinaria, pueden secarse en como se analiza en la sección 9.11. Además, en la sección 9.12 se estudia la esterilización de los alimentos y de otros materiales biológicos, que es otro método muy empleado para preservar dichos materiales. materiales.
Métodos generales de secado Los métodos y procesos de secado se clasifican de diferentes maneras; se dividen en procesos de lotes, cuando el material se introduce en el equipo de secado y el proceso se verifica por un periodo; o continuos, si el material se añade sin interrupción al equipo de secado y se obtiene material seco con régimen continuo. Los procesos de secado se clasifican también de acuerdo con las condiciones usadas para adicionar calor y extraer vapor de agua: (1) en la primera categoría, el calor se añade por contacto directo con aire caliente a presión atmosférica, y el vapor de agua formado se elimina por medio del mismo aire; (2) en el secado al vacío, la evaporación del agua se verifica con más rapidez a presiones bajas, y el calor se indirectamente por contacto con una pared metálica o por radiación (también pueden usarse bajas temperaturas con vacío para ciertos materiales que se decoloran o se descomponen a temperaturas altas); (3) en la liofilización, el agua se sublima directamente del material congelado.
9.2 EQUIPO PARA SECADO Secado en bandejas En el secador de bandejas, que también se llama secador de anaqueles, de gabinete, o de compartimientos, el material, que puede ser un sólido en forma de terrones o una pasta, se esparce uniformemente sobre una bandeja de metal de 10 a 100 mm de profundidad. Un secador de bandejas típico, tal como el que se muestra en la figura 9.2-1, tiene bandejas que se cargan y se descargan de un gabinete. Un ventilador recircula aire calentado con vapor paralelamente sobre la superficie de las bandejas. También se usa calor eléctrico, en especial cuando el calentamiento es bajo. Más o menos del 10 al 20% del aire que pasa sobre las bandejas es nuevo, y el resto es aire recirculado.
Bandejas Persianas
Entrada de aire
F IGURA
9.2-l.
Secador de bandejas o anaqueles.
ajustables
9 Secado de materiales de proceso
581
Después del secado, se abre el gabinete y las bandejas se remplazan por otras con más material para secado. Una de las modificaciones de este tipo de secadores es el de las bandejas con carretillas, donde las bandejas se colocan en carretillas rodantes que se introducen al secador. Esto significa un considerable ahorro de tiempo, puesto que las carretillas pueden cargarse y descargarse fuera del secador. En el caso de materiales granulares, el material se puede colocar sobre bandejas cuyo fondo es un tamiz. Entonces, con este secador de circulación cruzada, el aire pasa por un lecho permeable y se obtienen tiempos de secado más cortos, debido a la mayor área superficial expuesta al aire.
Secadores indirectos al vacío con anaqueles Los secadores al v acío con ana queles se calientan indirectamente y son del tipo de lotes, similares a los de las bandejas. Esta clase de secador consta de un gabinete construido de hierro colado o plancha de acero con puertas de tal manera que se pueda operar al vacio. Los anaqueles huecos de acero se montan dentro de las cámaras y se conectan en paralelo, con los colectores de vapor de entrada y de salida. Las bandejas que contienen los sólidos mojados se colocan sobre los anaqueles huecos. El calor se conduce a través de las paredes metálicas y por radiación entre los anaqueles. operaciones a temperaturas más bajas, se usa circulación de agua caliente en lugar de vapor para suministrar el calor que vaporiza la humedad. Los vapores se colectan en un condensador. Estos secadores se usan para secar materiales costosos o sensibles a la temperatura, o bien que se oxiden fácilmente. Son muy útiles para manejar materiales con disolventes tóxicos o valiosos.
Entrada de aire fresco
Material húmedo Carretillas
Entrada de carretillas
móviles
Salida de carretilla
Alimentación
Calentadores de vapor de agua
Producto
F IGURA
9.2-2.
Secadores continuos de túnel: a) secador de carretillas con contracorriente, b) secador de banda transportadora con
seco
de aire a cruzada.
582
9.2 Equipo para secado
Alimentación
Serpentines de calentamiento
Aire
Vista
F IGURA
9.2-3.
Diagram a
frontal
Sólidos secos
de un secador rotatorio con calentamiento directo.
Secadores continuos de túnel Los secadores continuos de túnel suelen ser compartimentos de bandejas o de carretillas que operan en serie, tal como se muestra en la figura Los sólidos se colocan sobre bandejas o en carretillas que se desplazan continuamente por un túnel con gases calientes que pasan sobre la superficie de cada bandeja. El flujo de aire caliente puede ser a contracorriente, en paralelo, o una combinación de ambos. Muchos alimentos se secan por este procedimiento. Cuando se desea secar partículas sólidas granulares, pueden utilizarse transportadores perforados o de fondo de tamiz, como el de la figura 9.2-2b. Los sólidos granulares húmedos se transportan en forma de una capa que tiene entre 25 y 150 mm de profundidad, sobre una superficie de tamiz o perforada a través de la cual se fuerza el paso de aire caliente, ya sea hacia arriba o hacia abajo. El secador consta de diversas secciones en serie, cada una con un ventilador y serpentines de calentamiento. Un ventilador adicional extrae cierta cantidad de aire hacia la atmósfera. En algunos casos, los materiales en forma de pasta pueden en cilindros y colocarse sobre el transportador para secarse.
Secadores rotatorios Un secador rotatorio consta de un cilindro hueco que gira por lo general, sobre su eje, con una ligera inclinación hacia la salida. Los sólidos granulares húmedos se alimentan por la parte superior, tal como se muestra en la figura 9.2-3 y se desplazan por el cilindro a medida que éste gira. El calentamiento se lleva a cabo por contacto directo con gases calientes mediante un flujo a contracorriente. En algunos casos, el calentamiento es por contacto indirecto a través de la pared calentada del cilindro. Las partículas granulares se desplazan hacia adelante con lentitud y una distancia corta antes de caer a través de los gases calientes, como se muestra. Existen muchas otras variaciones del secador rotatorio, que se describen con detalle en la literatura
Secadores de tambor Un secador de tambor consta de un tambor de metal calentado, como se indica en la figura 9.2-4, en cuyo exterior se evapora una capa delgada de un líquido o una suspensión hasta que se seca. El sólido seco final se le raspa al tambor, que gira lentamente.
Cap. 9 Secado de
de proceso
Tambor calentada con vapor de agua
Película
Material seco
de cuchilla
FIGURA
9.2-4.
Secador de tambor
de líquido
Aire caliente
de
Transportador de
FIGURA
9.2-5.
Diagrama de
para una
de secado por
Los secadores de tambor son adecuados para procesar suspensiones o pastas de tinos, como soluciones verdaderas. El tambor funciona en parte como evaporador y en parte como secador. Otras variaciones del secador de tambor son los tambores roêatorios dobles con alimentación por inmersión, o bien con alimentación superior en el espacio entre dos tambores. El de papa se procesa en secadores de tambor para obtener el material en forma de escamas.
Secadores por aspersión En un secador por a spersión, un líquido una suspensión se o se roela en una corriente de gas caliente para obtener una lluvia de gotas tinas. El agua se evapora de dichas gotas rapidez, y se obtienen partículas secas de sólido que se separan de la de gas. El flujo de líquido de la cámara de aspersión puede ser a en o una de ambos. Las gotas tinas se forman al introducir el Liquido en toberas de o discos giratorios de rociado de alta velocidad en el interior de una cámara cilíndrica Es necesario asegurarse de que las gotas o partículas húmedas del sólido no choquen ni se a las superficies solidas antes de que hayan secado. Por consiguiente, se emplean bastante grandes. Los solidos secos salen por el fondo de la cámara a través de un transportador de Los gases de escape fluyen hacia
584
9.3 Presión de vapor del agua
humedad
Entrada de granos
caliente para el secado Malla d e a la mbr e
Aire de enfriamiento Grano
F IGURA
9.2-6. Secado vertical de
seco
continuo para granos.
un separador de ciclón para filtrar las partículas muy Las partículas que se obtienen son muy ligeras y bastante porosas. La leche en polvo se obtiene mediante. este proceso.
Secado de cosechas y granos Los granos de una cosecha contienen aproximadamente de 30 a 35% de humedad y para poder almacenarlos sin problemas durante un año deben secarse hasta un 13% de humedad en peso En la figura 9.2-6 se muestra un secador de flujo continuo típico. En la tolva de secado, el espesor de la capa de granos, a través de la cual pasa el aire caliente, es 0.5 m o menos. Una corriente de aire (sin calentar) en la sección del fondo, los granos secos antes de la salida. Hall describe otros tipos de secadores de cosechas y de tolvas de depósitos.
9.3
PRESIÓN DE VAPOR DEL AGUA Y HUMEDAD Presión de vapor del agua
En diversas operaciones unitarias, así como en los procesos de transporte, es necesario efectuar cálculos que se basan en las propiedades de mezclas de vapor de agua y aire. Para estos cálculos se requiere conocer la concentración del vapor del agua en el aire en diversas condiciones de temperatura y presión, las propiedades de estas mezclas y los cambios que se verifican cuando la mezcla se pone en contacto con agua o con sólidos húmedos para secarla. La implica la transferencia de agua de una fase líquida a una mezcla gaseosa de aire y vapor de agua. La implica una transferencia inversa, esto es, el vapor de agua se transfiere del estado gaseoso al estado líquido. La humidificación y la deshumidificación pueden referirse a mezclas de vapor de otros materiales, como el benceno, pero la gran mayoría de las aplicaciones prácticas se refieren al agua. Para comprender mejor el concepto de humedad, es necesario estudiar primero la presión de vapor del agua. 1. Int roducción.
2. Presión de vapor del agua y estados físicos. El agua tiene tres diferentes estados físicos: hielo
sólido, líquido y vapor. Su estado físico depende de la presión y de la temperatura. La figura 9.3-1 ilustra los diferentes estados físicos del agua y las relaciones presión-temperatura en equilibrio. En la figura aparecen las regiones de los estados sólido, líquido y vapor. A lo largo de la
